KR20140129125A - 에너지 저장 유닛용 커버, 상기 커버를 포함하는 에너지 저장 유닛 및 이러한 에너지 저장 유닛을 제조하는 방법 - Google Patents

에너지 저장 유닛용 커버, 상기 커버를 포함하는 에너지 저장 유닛 및 이러한 에너지 저장 유닛을 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 저장 유닛용 커버(40)에 관한 것이며, 상기 커버는 상기 유닛의 용량성 요소(30)이 배치되는 케이싱(20)의 단부에 삽입되고, 상기 커버는 케이싱의 적어도 하나의 측벽과 대향하여 배치되는 적어도 하나의 측벽을 포함하고, 복수의 공동들(46, 48)이 상기 커버에 제공되며, 적어도 하나의 제1 공동(46)은 측벽(들)(43) 및 일 단부벽(41) 상에 개방되어 있고, 적어도 하나의 제2 공동(48)은 측벽(들)(43) 및 다른 단부벽(42) 상에 개방되어 있으며, 상기 제1 공동 또는 공동들은 상기 측벽(들)(43) 상에서 복수의 상기 측벽(들)의 부분에 걸쳐 확장되는 하나 이상의 제1 부분들에 개방되어 있고, 상기 제2 공동 또는 공동들(48)은 측벽(들)(43) 상에서 복수의 상기 측벽(들)의 부분에 걸쳐 확장되는 하나 이상의 제2 부분들에 개방되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

에너지 저장 유닛용 커버, 상기 커버를 포함하는 에너지 저장 유닛 및 이러한 에너지 저장 유닛을 제조하는 방법{COVER FOR AN ENERGY STORAGE UNIT, ENERGY STORAGE UNIT COMPRISING SAID COVER, AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH AN ENERGY STORAGE UNIT}
본 발명은 전기 에너지-저장 유닛들의 기술 분야에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 에너지-저장 유닛용 커버, 에너지-저장 유닛 및 이러한 에너지-저장 유닛의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 범위 내에서, 전기 에너지-저장 유닛은 커패시터(즉, 두 개의 전극들 및 절연체를 포함하는 수동 시스템) 또는 울트라-커패시터(즉, 적어도 두 개의 전극들, 전해질(electrolyte) 및 적어도 하나의 격리물을 포함하는 수동 시스템) 또는 예컨대, 리튬 배터리 타입의 배터리(즉, 애노드, 캐소드 및, 상기 애노드와 캐소드 사이의 전해질 용액을 포함하는 시스템)를 의미한다.
선행 기술, 특히 문서들로부터의 선행 기술은 에너지-저장 유닛의 엔벨로프의 개방된 단부에서, 상기 엔벨로프의 내부에 위치된 커버를 포함하는 에너지-저장 유닛을 개시하며, 상기 커버는 상기 엔벨로프의 측벽 내부에 위치되도록 의도된 측벽을 포함하고, 상기 엔벨로프의 측벽은 상기 커버의 측벽에 대향한다. 상기 커버의 측벽에 홈(groove)이 만들어지고, 상기 엔벨로프의 측벽은 상기 홈에 맞추어지도록 압인(stamp)되고 상기 커버의 단부에서 되접어 꺾여서(folded back), 상기 에너지-저장 유닛의 엔벤로프가 폐쇄된 채로 유지된다.
문서 EP 2 104 122에는 예컨대, 커버에 대해 튜브형 엔벨로프를 폴딩하기 위해 상기 튜브형 엔벨로프(20)를 변형하는 것으로 이루어진 기계 압착 또는 해딩(heading) 단계가 기술되어 있다. 그 다음, - 조인트와 같은 - 엘라스토머(elastomer) 타입의 실링 피스(sealing piece)가 액체 및 가스에 대한 실링을 보장하기 위해 상기 커버와 엔벨로프 사이에서 압축(compressed)된다.
이러한 에너지-저장 유닛은 만족스럽게 폐쇄된다. 그러나, 일반적으로 복수의 에너지-저장 유닛들을 포함하는 에너지-저장 모듈의 체적 용량(volumic capacity)을 증가시킬 수 있기 위하여, 목적은 각각의 에너지-저장 유닛의 엔벨로프의 벌크를 감소시키는 것이 된다.
그러므로, 본 발명의 목적들 중 하나는 저장 유닛의 만족할 만한 폐쇄를 보장하면서도 엔벨로프의 벌크를 감소시키고 따라서 유닛의 체적 용량을 증가시키는 커버를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 위해, 에너지 저장 유닛용 커버가 제안되는 바, 상기 커버는 상기 유닛의 용량성 요소가 위치되는 엔벨로프의 일 단부에 삽입되도록 의도되며, 상기 커버는 엔벨로프의 적어도 하나의 측벽에 대향하여 위치되도록 의도된 적어도 하나의 측벽 및 두 개의 단부벽(end wall)들을 포함하며, 복수의 공동(cavity)들이 상기 커버에 배치되고, 적어도 하나의 제1 공동은 측벽 및 단부벽 상에서 개방되고, 적어도 하나의 제2 공동은 측벽 및 단부벽 상에서 개방되며, 상기 제1 공동 또는 제1 공동들은 측벽 상에서, 상기 측벽 또는 측벽들의 원주(circumference)의 부분(part)에 걸쳐 확장되는 제1 부분(portion) 또는 제1 부분들에서 개방되고, 상기 제2 공동 또는 제2 공동들은 측벽 또는 측벽들의 원주의 부분에 걸쳐 확장되는 제2 부분 또는 제2 부분들에서 개방된다.
본 발명에 따른 커버 및 엔벨로프를 고정(secure)시키기 위해, 상기 엔벨로프의 측벽은 자신의 단부에서, (상기 커버의 외부 단부벽 상에서 개방된) 상기 커버의 단부에 위치된 공동들에 대향하여 위치되는 부분들에서 되접어 꺾여지고, 상기 엔벨로프는 (상기 커버의 내부 단부벽 상에 개방된) 다른 공동들의 면들에 위치된 부분들에서 압착된다.
이 방식으로 커버를 배치하는 것은 커버의 두께를 감소시키는 바, 그 이유는 두 개의 공동들의 두께의 합은 측면 부분에 전체적으로 만들어진 홈의 두께보다 작을 수 있기 때문이다. 이러한 홈은 실제로, 엔벨로프의 측벽으로부터 되접어 꺾여진 측벽이 상기 홈에 박힐(lodge) 수 있도록 특정한 최소 두께를 필요로 하는 바, 이러한 제약은 본 발명에 따른 커버의 아키텍쳐(architecture)를 이용하여 사라진다.
추가적으로, 본 발명에 따른 커버의 아키텍쳐는 되접어 꺾여진 엔벨로프의 측벽의 단부의 기복(undulation)들을 방지하는 바, 상기 기복들은 상기 커버의 공동들이 상기 커버의 전체 원주에 걸쳐 확장되는 경우 발생할 수 있다. 사실상, 이 경우, 엔벨로프의 측벽이 커버의 단부에서 되접어 꺾여질 때, 엔벨로프의 직경은 자신의 단부에서 감소되어, 상기 엔벨로프가 자신의 전체 원주에 걸쳐 되접어 꺾여질 때 커버의 단부벽에 직각 방향으로 기복들이 나타난다. 공동들이 상기 커버의 원주의 부분에 걸쳐 확장되기 때문에, 커버의 단부에서의 커버의 직경의 감소가 작으며 이러한 기복 현상은 약화되거나 또는 심지어는 제거된다.
또한, 일 방향에 따라 커버를 홀딩하기 위한 공동들 및 반대 방향에 따라 상기 커버를 홀딩하기 위한 동공들이 상관되지 않기(decorrelated) 때문에, 이는 독립적으로 설계될 수 있어서, 이들은 유닛의 동작을 위한 상대적인 필요들에 양호하게 적응한다. 사실상, 서로 다른 단부벽들 상에 개방된 공동들의 사이즈 및 수는 유닛 상에 가해질 가능성이 있는 힘들에 따라 비대칭적으로 구성될 수 있다. 이 방식으로, 유닛의 서비스 수명 동안 상기 유닛의 과압(overpressure)으로 인한 힘들이 잠재적으로 매우 크기 때문에, 내부 단부면보다 큰 전체 각이진 부분을 가지는 많은 공동들 또는 공동들의 외부 단부면이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 다른 이러한 커버가 디몰딩(demoulding) 문제들을 일으키는 홈을 포함하는 커버와는 반대로 쉽게 몰딩될 수 있기 때문에 제조하기에 보다 간단하고 쉬움이 분명하다.
또한, 본 실시예에 다른 커버가 일반적으로 선행 기술보다 복잡한 레이져 용접에 의해 이루어지는 상기 커버 및 용량성 요소의 조립체(assembly)를 만들지 않는 바, 그 이유는 공동이 없는 단부면의 일부 부분들이 선행 기술에 따른 구성과 동일한 구성을 가지며 코일형 요소의 단부까지 확장되어서 상기 코일형 요소와 커버 사이의 양호한 전기적 전도를 보장하기 때문임이 명백하다.
본 발명에 따른 커버는 다음의 특성들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
- 측벽의 제1 및 제2 부분들(여기에 제1 및 제2 공동들이 각각 배치된다)은 특히 커버의 구역을 부서지기 쉽게하는 것을 회피하기 위해 분리되어 있다. 다시 말해, 공동들은 단부면(end plane)에 대응하는 면으로 각지게 오프셋된다. 그러므로, 이들은 단부벽들에 법선 방향에 따라 완전히 겹쳐지지 않고, 중첩될 수 있다. 이는 제2 공동에 개별적인 제1 공동을 교차하도록 단부벽에 법선 방향에 따라 측벽에 걸쳐 연장되는 직선이 또한, 제1 공동에 개별적인 제2 공동을 교차할 수 있음을 의미한다. 만일 두 개의 공동들이 겹쳐지면, 일 공동(제2 공동에 개별적인 제1 공동)을 교차하는 어떤 직선은 다른 공동(제1 공동에 개별적인 제2 공동)을 교차할 것이다. 만일 두 개의 공동들이 중첩되면, 직선들 중 일부가 다른 공동을 교차하지 않더라도, 직선들 중 다른 직선들은 상기 다른 공동을 교차할 것이다.
- 바람직하게는, 공동들은 엇갈리도록(staggered) 배치된다. 이들은 단부벽들에 법선 방향에 따라 전혀 겹쳐지지 않으며, 어떤 공통된 각의 부분도 제시하지 않는다. 이 방식으로, 소정 공동을 교차하는, 단부벽에 법선 방향에 따른 측벽에 걸쳐 확장되는 어떤 직선은 어떤 다른 공동도 교차하지 않는다.
- (단부벽에 법선 방향에 따른) 적어도 하나의 제1 공동 또는 공동들(또는 이들 중 하나) 및 제2 공동 또는 공동들(또는 이들 중 하나)의 두께들의 합은 (이 방향으로의) 커버의 두께보다 클 수 있고, 이는 설계의 추가의 자유가 커버의 두께를 더 감소시키게 할 수 있다. 공동들은 특히, 커버의 높이의 절반을 초과하여 각각 구성될 수 있다.
- 변형으로서, 커버의 측벽 또는 측벽들은 상기 커버의 실링을 양호하게 보장하기 위해, 상기 커버의 측벽 또는 측벽의 전체 원주에 걸쳐 확장되고 공동이 없는 중앙 부분(part)을 포함할 수 있다.
- 공동들 중 적어도 하나는 (단부벽들에 법선 방향에 따라) 일정한 두께로 이루어질 수 있다. 변형으로서, 공동들 중 적어도 하나는 변화하는(variable) 두께로 이루어질 수 있다. 이는 예컨대, 측벽 또는 측벽들의 면에서 원의 호(arc) 또는 웨이브(wave)로 된 프로파일을 가질 수 있다.
- 측벽에 법선 방향에 따른 공동의 규모(dimension)는 일정하거나 또는 변화할 수 있다.
- 커버는 예컨대, 일반적인 실린더 형태일 수 있고, 단부벽은 상기 실린더의 토대들을 형성한다. 이는 또한, 평행육면체(parallelepipedic) 형태일 수 있다.
- 커버는 전기적으로 전도성인 물질, 특히 금속성 물질로 적어도 부분적으로 이루어질 수 있다. 커버는 또한, 예컨대, 플라스틱 물질로 부분적으로 또는 완전히 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한 에너지-저장 유닛에 관한 것이며, 상기 에너지 저장 유닛은, 외부 엔벨로프(external envelope)에 하우징된 용량성 요소 - 상기 외부 엔벨로프는 상기 용량성 요소를 둘러싼 적어도 하나의 측벽을 포함하고 자신의 단부들 중 적어도 하나에서 개방되어 있으며 - 및 적어도 하나의 커버를 포함하며, 상기 커버 각각은 엔벨로프의 개방된 단부 또는 개방된 단부들에서 상기 엔벨로프에 삽입되고, 적어도 하나의 커버는 본 발명에 따른 것이며, 상기 엔벨로프의 측벽 또는 측벽들의 윤곽은 상기 커버의 측벽 또는 측벽들의 윤곽을 따른다.
상기 엔벨로프는 자신의 단부들 중 하나에서 폐쇄되거나 자신의 단부들 각각에서 커버에 부착될 수 있으며, 커버들 중 하나 또는 두 개의 커버들은 본 발명에 따른 것이다.
저장 유닛은 커버의 측벽과 엔벨로프의 측벽과의 사이에 삽입되는 실링 조인트(joint)를 포함할 수 있다.
엔벨로프는 바람직하게는, 전도성 물질 특히, 금속성 물질로 이루어진다. 이는 또한, 전도성 코팅을 포함하는 절연 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 저장 유닛용 제조 방법에 관한 것이며, 상기 저장 유닛은,
- 커플링 구역을 포함하는 외부 엔벨로프 - 상기 외부 엔벨로프는 자신의 단부들 중 적어도 하나에서 개방되어 있고 - 와,
- 상기 외부 엔벨로프의 개방된 단부에 삽입되도록 의도된 본 발명에 따른 적어도 하나의 커버를 포함하며, 상기 커버는 상기 커버의 공동의 적어도 하나의 벽을 포함하는 커플링 구역을 포함하고, 상기 커버는 상기 커플링 구역들이 서로에게 대향하도록 위치되며, 상기 방법은 상기 저장 유닛의 상기 외부 엔벨로프에 압력을 인가하여서, 형태의 협력에 의해 상기 외부 엔벨로프의 개방된 단부를 상기 커버로 폐쇄하기 위해 상기 커플링 구역들의 레벨에서 상기 외부 엔벨로프가 상기 커버와 접촉하게 하는 것으로 이루어진 폐쇄 단계를 포함한다.
상기 커버 및 엔벨로프는 선택에 따라서는 또한 접착제의 삽입과 함께, 압착 및/또는 기계적 압인에 의해 조립될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 폐쇄 단계는 상기 외부 엔벨로프에 비접촉 자기-기계력을 인가하는 것으로 이루어진다.
제조 동안 사용되는 파라미터들에 따라, 이 프로세스는,
- 커버 및 외부 엔벨로프를 압착하거나, 또는
- 상기 외부 엔벨로프 및 커버를 용접하며, 이 경우 두 개의 피스들을 이루는 물질들의 연속성 및 일 피스로부터 타 피스로의 원자의 확산이 존재한다.
그러므로, 상기 방법은 특히, 상이한 녹는점들을 가진 전기적으로 전도성인 물질들로 이루어진 피스들이 조립되게 하는 바, 이는 종래의 용접 디바이스들로는 불가능하다.
본 발명에 따른 방법의 장점들은 다음과 같다.
- 폐쇄 단계의 지속 기간이 매우 짧은 바, 전형적으로는 1초 미만이며, 이는 상기 방법이 대량 생산에 적응되도록 한다.
- 저장 유닛을 구성하는 피스들의 온도 상승이 매우 낮은 바, 이는 한편으로는 어떠한 손상도 외부 엔벨로프 내부에 위치된 코일형 요소 또는 코일형 요소들에 일어나지 않게 하고, 다른 한편으로는 폐쇄 단계에 앞서 침지와 같은 어떤 단계들을 취할 수 있는 가능성을 열어주는바, 이는 유닛을 닫기 위한 추가적인 단계들을 회피한다.
- 폐쇄 단계의 실행 동안, 커버와 외부 엔벨로프 사이의 인터페이스에서 발생되는 이완(relaxation)은 조립될 표면들을 샌딩(sand off)하는 - 플라즈마에 필적하는 - 가스 젯(gas jet)을 야기하도록 하는 바, 그러므로, 폐쇄 단계에 앞서 외부 엔벨로프 및 커버들의 표면들을 준비하는 것은 불필요하다.
- 방법을 실행하는 것과 관련된 비용들이 적게 유지되는 바, 그 이유는 한편으로는 폐쇄 단계를 수행하기 위한 툴이 상이한 직경들로 이루어진 외부 엔벨로프들 및 커버들과 함께 이용될 수 있고, 다른 한편으로는 이 툴이 어떠한 움직이는 파트(moving part)도 포함하지 않기 때문에 이 툴을 이용한 유지 관리 작업(maintenance operation)이 제한되어, 툴의 마모를 제한하기 때문이다.
바람직한 실시예에서, 자기-기계력은 자기 펄스의 생성을 위한 디바이스에 의해 인가되고, 방법은 엔벨로프 및 커버가 생성 디바이스, 특히 상기 디바이스의 인덕터에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이도록 상기 엔벨로프 및 커버를 포지셔닝하기 위한 단계를 포함한다. 이는 엔벨로프 상의 상기 엔벨로프의 벽들의 압축에 의한 상기 엔벨로프에 포함된 코일형 요소의 성능저하(degradation)의 위험을 제한한다. 인덕터는 특히, 상기 커버 및 엔벨로프의 커플링 구역들의 레벨에서 저장 유닛을 부분적으로 둘러싸도록 배치된 코일을 포함한다.
펄스는 바람직하게는 5 내지 20 kJ 사이의 에너지에서 생성된다. 인덕터에는 특히, 5 내지 6 kV 사이의 전압 및,
압착을 수행하기 위해 150A 내지 250A 사이,
용접을 수행하기 위해 450A 내지 600A 사이의 전류가 피딩된다.
상기 커버 및 엔벨로프는 바람직하게는, 비접촉 압력이 커플링 구역들의 레벨에서 상기 커버 및 엔벨로프에만 인가되도록 디바이스에 포지셔닝된다.
방법은 또한, 폐쇄 단계에 앞서, 커버 및 외부 엔벨로프의 커플링 구역들 사이에 - 예컨대, 플라스틱 물질(예컨대, 폴리머 또는 엘라스토머 또는 폴리머 및 엘라스토머의 혼합) 또는 세라믹으로 구성된 - 조인트를 포지셔닝하는 것으로 이루어진 단계를 포함할 수 있으며, 이 조인트는 다음의 두 가지 기능들 중 적어도 하나를 보장한다.
1. 커버와 외부 엔벨로프 사이의 인터페이스를 실링하는 기능,
2. 특히 외부 엔벨로프 및 커버 둘 모두가 전기적으로 전도성인 물질로 구성될 때, 상기 커버 및 외부 엔벨로프의 전기적 절연.
상기 조인트의 존재는 특히, 커버 및 외부 엔벨로프가 전기적으로 전도성일 때 필요하다.
방법은 또한, 폐쇄 단계에 앞서, 적어도 상기 엔벨로프의 일 커플링 구역 상에서, 상기 외부 엔벨로프의 외주면 상에 전기적으로 전도성인 물질의 층을 증착하는 것으로 이루어진 단계를 포함한다. 상기 엔벨로프는 조인트의 도움 없이 유닛의 두 개의 단자들을 절연시킨다. 대안적으로는, 이러한 단계는 적어도 하나의 전기적으로 절연성인 내부 층 및 다른 전기적으로 전도성인 층을 포함하는 다중층 물질을 이용하여 조인트의 존재를 회피함으로써 생략될 수 있다.
상기 방법은 또한, 폐쇄 단계에 앞서, 외부 엔벨로프에 하우징되도록 의도된 용량성 요소의 침지 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특성들, 목적들 및 장점들이 다음의 상세한 설명으로부터 나타날 것이며, 상세한 설명은 순전히 예시적인 것이고 비-제한적인 것이며, 첨부 도면들에 관하여 고려되어야만 한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 단계들을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 유닛의 커버의 사시도이다.
도 3은 도 2의 커버로부터 본 발명에 따른 방법으로 조립된 유닛의 부분 섹션도이다.
도 4는 본 발명에 다른 방법을 실행하기 위한 제조 디바이스의 예를 개략적으로 도시한다.
이제, 본 발명에 따른 여러 가지 서로 다른 목적들이 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 기술될 것이다. 이 상이한 도면들에서, 방법 및 디바이스의 동일한 요소들은 동일한 도면 부호들을 유지한다.
도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명에 따른 방법의 실시예를 도시한다. 이 방법은 코일형 요소(30), 자신의 단부들 중 하나에서 개방된 외부 엔벨로프(20) 및 커버(40)를 포함하는 전기 에너지-저장 유닛을 만든다.
제1 단계(도면부호 100)는 커버(40) 및 코일형 요소(30)를 연결하는 단계로 이루어진다. 커버(40)는 코일형 요소(30) 상에 배치되고, - 투명성에 의한 레이져 용접과 같은 - 용접이 커버(40)와 코일형 요소(30) 사이의 인터페이스에서 수행된다.
제2 단계(도면부호 200)는 전해질에서, 상기 커버에 연결된 코일형 요소를 침지시키는 단계로 이루어진다.
제3 단계(도면부호 300)는 상기 외부 엔벨로프에, 상기 커버에 연결된 코일형 요소를 위치시키는 단계로 이루어진다.
제4 단계(도면부호 400)는 상기 커버로 외부 엔벨로프의 개방된 단부를 폐쇄하는 단계로 이루어진다. 방법은 예컨대, 커버 및 외부 엔벨로프를 구성하는 물질에 따라, 폐쇄 단계의 여러 가지 변형을 포함할 수 있다.
이러한 여러 가지 변형들은 하기에 기술될 것이며, 모든 경우들에서, 엔벨로프가 상기 커버에 기계적으로 맞추어지도록 하는 상기 엔벨로프로의 압력의 인가를 포함한다. 압력의 인가는 예컨대, 자기 펄스를 생성함으로써 달성될 수 있다.
이 기술 분야의 숙련자들은 침지 단계가 폐쇄 단계에 앞서 수행될 수 있음을 이해할 것이다. 사실상, 폐쇄 단계는 (거의) 차가운 상태로(cold) 수행되어서, 전해질에 열이오르게 하는(inflam) 위험들이 제한된다. 그러나, 이는 또한 폐쇄 단계 후에 수행될 수 있다.
도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명에 따른 방법의 실시예를 실행함으로써 만들어지는 에너지-저장 유닛을 도시한다.
저장 유닛은 외부 엔벨로프(20), 코일형 요소(30), 두 개의 커버들(40)을 포함한다.
외부 엔벨로프(20)는 양 단부들에서 개방된 튜브이다.
도 2에 상세히 도시된 각각의 커버(40)는 다음의 특성들을 가진다.
커버는 특히 실린더의 토대들을 형성하는 두 개의 (외부) 단부벽(41) 및 (내부) 단부벽(42), 및 측벽(43) 을 갖는 일반적인 실린더 형태를 가진다. 이 커버는 측벽 및 외부 단부벽(41) 상에 동시에 개방된 제1 시리즈의 공동들(46) 및 측벽(43) 및 내부 단부벽(42) 상에 동시에 개방된 제2 시리즈의 공동들(48)을 포함한다. 도 2로부터 분명할 바와 같이, 이 공동들은 커버의 전체 원주에 걸쳐 확장되지 않고, 엇갈려 있거나 또는 각지게 오프셋되며, 특히 제1 시리즈의 공동들은 측벽의 제1 부분으로 확장되고, 제2 시리즈의 공동들은 중첩없이 제1 시리즈들로부터 분리된 측벽의 제2 부분으로 확장된다. 이 방식으로, 제1 시리즈의 공동들(46)의 하부벽(48)은 제1 축 방향의 숄더를 형성하고, 제2 시리즈의 공동들(48)의 하부벽(149)은 제2 대향 축 방향의 숄더를 형성하는 바, 도 4에 도시된 바와 같은 이 숄더들은, 유닛이 하기에 상세히 기술되는 본 발명에 따른 방법을 겪었을 때 그리고 엔벨로프(20)가 커버의 모양과 매치되도록 변형되었을 때, 외부 엔벨로프 및 커버를 적어도 축의 방향으로 서로에 대하여 고정시킨다. 이 실시예는 커버의 벌크를 감소시키고 커버의 제조를 간략화하기 때문에 장점적이다.
제1 및 제2 시리즈의 공동들(46 및 48)의 (단부벽들에 법선 방향에 따른) 두께들은 동일하며, 이 두께들 각각은 커버의 측벽이, 상기 커버의 전체 원주에 걸쳐 상기 공동들 사이에서 확장되고 상기 커버/엔벨로프 본딩의 실링을 쉽게 보장하는 중앙 부분(51)을 포함하도록 커버의 이 방향으로의 높이의 절반 미만이다. 그러나, (동일한 시리즈 또는 두 시리즈의) 상이한 공동들의 두께들은 상이할 수 있다. 제1 시리즈의 적어도 하나의 공동 및 제2 시리즈의 적어도 하나의 공동의 두께들의 합은 또한 커버의 높이보다 클 수 있어서, 두께를 훨씬 더 감소시킬 수 있다.
도 2의 커버가 상기 커버의 측벽의 거의 균등한 전체 각이진 부분에 걸쳐 확장되는 제1 시리즈의 공동들 및 제2 시리즈의 공동들을 포함함이 분명하다. 그러나, 시리즈들 중 하나의 시리즈, 특히 제1 시리즈의 공동들의 각이진 부분들의 합은 다른 시리즈의 공동들의 각이진 부분들의 합보다 클 수 있다. 각 시리즈의 공동들의 수는 또한 변화할 수 있다. 제1 시리즈의 공동들의 수는 또한 제2 시리즈의 공동들의 수와 다를 수 있다.
유사하게, 공동들(46 및 48)은 단부벽에 법선 방향에 따른 일정한 두께 및 측벽에 법선 방향에 따른 일정한 깊이를 가질 수 있지만, 변화하는 두께 및/또는 깊이를 가질 수 있다.
커버(40) 및 외부 엔벨로프(20)는 금속과 같은 전기적으로 전도성인 물질로 이루어진다.
도 3에 도시된 예에서, 외부 엔벨로프의 두 개의 단부들은 동일하게 폐쇄되어 있지 않다. 사실상, 저장 유닛은 커버(40)와 외부 엔벨로프(20)의 하단(21)과의 사이에 고리형 조인트(60)를 포함하지만, 커버(40)와 외부 엔벨로프(20)의 상단(22)과의 사이에는 어떠한 조인트도 존재하지 않는다.
상기 엔벨로프는 기술된 것들에 제한되지 않음이 분명하다. 상기 엔벨로프는 예컨대, 측벽을 포함하고, 자신의 단부들 중 하나에서 폐쇄될 수 있다. 상기 엔벨로프는 또한, 실린더형 단부면을 가지지 않고, 평행육면체 단부면을 가질 수 있다. 그러나, 상기 엔벨로프는 반드시 상기 커버의 벽의 형태를 상보하는 형태의 측벽 또는 측벽들을 가져야 한다.
도 3에 도시된 저장 유닛을 획득하기 위해 사용되는 방법은 다음과 같다.
- 코일형 요소(30) 상에 커버들(40)을 연결(포지셔닝 및 용접).
- 전해질에서, 상기 커버들(40)에 연결된 코일형 요소(30)를 침지.
- 외부 엔벨로프(20)에, 상기 커버들(40)에 연결된 코일형 요소(30)를 위치시킴.
- 외부 엔벨로프(20)의 하단(21)에 대해,
커버(40) 상에 (또는 외부 엔벨로프와 커버 사이에) 고리형 조인트(60)를 포지셔닝.
외부 엔벨로프가 커버(40)의 주변면의 모양과 매치되고, 상기 커버에 기계적으로 맞추어지도록 상기 외부 엔벨로프를 변형하기 위해 상기 외부 엔벨로프(20)의 하단(21)의 레벨에서 인출되는 자기력을 생성.
- 외부 엔벨로프(20)의 상단(22)에 대해,
외부 엔벨로프가 커버(40)의 주변 면의 모양과 매치되고, 상기 커버에 용접되도록 외부 엔벨로프를 변형하기 위해 상단(22)의 레벨에서 펄스화된 자기력을 생성.
하단(21)의 레벨에서 이루어진 커버/엔벨로프 본딩은 자기 펄스에 의한 압착이고, 상단(22)의 레벨에서 이루어진 커버/엔벨로프 본딩은 자기 펄스에 의한 용접이다. 이 기술분야의 숙련자들은, 상단(22)의 레벨에서 이루어진 커버/엔벨로프 본딩이 심지어 조인트의 존재 없이도, 자기 펄스에 의한 압착일 수 있음을 이해할 것이다. 사실상, 압착 또는 용접 타입의 본딩을 하는 것은 본딩을 이루기 위해 사용되는 에너지들에 좌우된다. 주목할 점으로서, 엔벨로프가 변형되는 바, 그 이유는 힘이 유닛 곳곳에 인가되며 커버는 고체 피스이기 때문에, 상기 커버는 실질적인 변형을 겪지 않지만, 상기 엔벨로프는 중앙 갭을 가지고 그러므로 이 갭의 레벨에서 수축할 수 있기 때문이다.
도 4는 또한, 상기에 기술된 방법을 실행하는 디바이스의 실시예를 도시한다. 상기 디바이스는 에너지-저장 유닛을 구성하는 피스들 중 하나에 비접촉 압력을 인가하기 위한 압축기를 포함한다. 이는 외부 엔벨로프와 커버 사이의 형태의 협력에 의해 저장 유닛을 폐쇄하기 위해 커버 및 외부 엔벨로프가 기계적으로 맞춰지게 할 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에서, 압축기는 비접촉 자기-기계력을 인가할 수 있는 - 코일과 같은 - 인덕터로 구성된다. 인덕터는 예컨대 코일이다.
상기 디바이스는 코일(50)에 연결된 생성기(미도시)를 포함한다. 폐쇄될 저장 유닛은 코일(50)의 중앙에 위치되도록 의도되어서 코일의 권선들은 이를 부분적으로 둘러싼다.
이제, 상기 디바이스의 동작 원리가 앞서 기술된 저장 유닛을 참조하여 기술될 것이며, 상기 저장 유닛은,
- 커플링 면(23A, 23B)을 포함하는 외부 엔벨로프(20)(상기 커플링 면은 상기 엔벨로프의 측벽의 내부 면으로 구성되고)와,
- 커버의 측벽(43) 및, 단부벽들에 평행한 공동들로 이루어진 벽들(47, 49)로 구성되는 커플링 구역을 포함하는 두 개의 커버들(40)을 포함하여 구성되며, 상기 커버(40)는 앞서 기술된 바와 같이, 외부 엔벨로프의 개방된 단부들의 레벨에서 포지셔닝되도록 의도된다.
저장 유닛의 폐쇄를 완료하기 위해, 커플링 구역들(23A, 43-47-49; 43B, 43-47-49)은 서로에게 대향하여 위치된다.
커버(40) 및 외부 엔벨로프(20)는 서로에게 잠정적으로(provisionally) 고정된다. 이러한 고정은 잠정적인 고정의 다양한 수단에 의해 실행될 수 있는 바, 상기 잠정적인 고정의 다양한 수단은 예컨대, 도 4를 참조하여 기술된 조인트와 같은 것이며, 외부 엔벨로프(20) 상의 커버(40)의 충분한 접착을 할 수 있게 한다.
커버(40) 및 외부 엔벨로프(20)는 코일(50)의 중앙에 포지셔닝된다. 장점적으로는, 오직 대향하는 커플링 구역들(23A, 23B; 43-47-49)만이 코일의 중심에 위치될 수 있다. 다시 말해, 이는 외부 엔벨로프 및 커버의 주변 표면들이 겹쳐지는 상기 엔벨로프의 그 영역만을 코일 내에 갖도록 배치될 수 있다. 사실상, 이는 외부 엔벨로프(20)가 코일형 요소(30)에 대해 압축되는 것을 방지하고, 가능하게는 상기 코일형 요소를 손상시키는 것을 방지한다.
일단, 저장 유닛이 포지셔닝되면, (충전된) 생성기(generator)는 매우 짧은 시간에 걸쳐 코일(50)에서 상당한 에너지를 방전시킨다. 상기 코일은 힘이 본질적으로 반경 방향을 가지도록 지향된다.
외부 엔벨로프(20)의 커플링 구역(23A, 23B)은 커버(40)의 커플링 구역(43, 47, 49)의 방향으로 상당한 속도로 돌출된다. 외부 엔벨로프(20)의 커플링 구역(23)은 커버(40)의 모양 및 특히, 공동(46, 48)의 모양에 부합한다.
도 4를 참조하여 기술된 디바이스는 150 내지 600 m/s의 속도로 외부 피스를 내부 피스 상으로 돌출시킨다.
펄스의 생성 디바이스의 동작에 관한 일반적인 정보는 다음과 같다.
- 최대 에너지: 25 kJ
- 주파수: 15 kHz
- 커패시턴스: 300 내지 800 μF
- 전압: 5 내지 6 kV.
자기-기계 펄스의 생성 디바이스는 압착 또는 용접의 사용의 파라미터들에 따라, 압착 또는 용접하기 위해 사용될 수 있다.
- 파워:
압착: 8 kJ
용접: 15 내지 18 kJ
- 전류의 세기(Amperage)
압착: 150A 내지 250A
용접: 450 내지 600A
자기-기계력에 의해 본 발명에 따른 방법을 실행하는 것은 용접, 압착 또는 심지어는 접착에 기반한 이전의 제조 방법들로부터 획득되는 저장 유닛들에서 발견되지 않은 특별한 기술적 특성들을 가지는 저장 유닛을 제조할 수 있게 한다. 특히, 본 발명에 따른 방법 및 디바이스를 이용함으로부터 비롯되는 저장 유닛은 기계적 압착을 수행하는 툴과의 어떠한 접촉 흔적(traces of contact)도 가지지 않는다. 사실상, 자기 펄스에 의한 압착은 (롤링과는 반대로) 접촉하는 툴들이 없이 그리고 (용접 및 납땜(brazing)과 반대로) 금속들의 상태(state)의 변경 없이 발생된다. 그러나, 본 발명에 따른 유닛은 압착 또는 기계적 압인에 의해 조립될 수 있다.
자기-기계력으로 폐쇄 단계를 시행함으로부터 비롯되는 저장 유닛의 금속 조직학(metallography)에 의한 면밀한 분석은 용접 또는 압착의 인터페이스에서 쇼크웨이브의 전파에 내제된 작은 웨이블릿(wavelet)들이 관찰되게 함이 분명하다. 또한, 기계적 압착을 이용하는 선행 기술의 방법들과는 반대로, 용접 또는 압착 인터페이스의 레벨에서 그레인(grain)들의 지향(orientation)의 어떠한 수정도 존재하지 않는다.
이 기술분야의 숙련자들은, 많은 수정들이 본 명세서에 제시된 새로운 개념들로부터 실질적으로 벗어남이 없이 상기 기술된 디바이스 및 방법에 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로, 상기에 주어진 예들은 단지 특별한 예들일 뿐이며, 어떤 방식으로도 제한적인 것이 아님이 분명하다. 결과적으로, 이러한 타입의 모든 수정들은 첨부된 특허 청구 범위 내에 통합되도록 의도된 것이다.

Claims (12)

  1. 에너지-저장 유닛용 커버(40) - 상기 커버는 상기 유닛의 용량성 요소(30)가 위치되는 엔벨로프(20)의 일 단부(end)에 삽입되도록 된 것이며, 상기 커버는 상기 엔벨로프의 적어도 하나의 측벽(lateral wall)에 대향하여 위치되도록 된 적어도 하나의 측벽(43), 및 두 개의 단부벽(end wall)(41, 42)을 포함하여 구성되고 - 에 있어서,
    복수의 공동(cavity)들(46, 48)이 상기 커버에 만들어지고, 적어도 하나의 제1 공동(46)은 상기 측벽 또는 측벽들(43) 및 일 단부벽(41) 상에 개방되어 있고 그리고 적어도 하나의 제2 공동(48)은 상기 측벽 또는 측벽들(43) 및 다른 단부벽(42) 상에 개방되어 있으며, 상기 제1 공동 또는 제1 공동들(46)은 상기 측벽 또는 측벽들(43) 상에서 상기 측벽 또는 측벽들의 원주(circumference)의 부분(part)에 걸쳐 확장되는 제1 부분 또는 제1 부분들에 개방되어 있고, 상기 제2 공동 또는 제2 공동들(48)은 상기 측벽 또는 측벽들(43) 상에서 상기 측벽 또는 측벽들의 원주의 부분에 걸쳐 확장되는 제2 부분 또는 제2 부분들에 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지-저장 유닛용 커버.
  2. 선행하는 청구항에 있어서,
    상기 측벽의 상기 제1 및 제2 부분들은 상기 단부벽들의 면(plane)에 대응하는 면에 적어도 부분적으로 각지게(angularly) 오프셋되는 것을 특징으로 하는 에너지-저장 유닛용 커버.
  3. 선행하는 청구항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 공동들(46, 48)은 엇갈려(straggerd) 배치되는 것을 특징으로 하는 에너지-저장 유닛용 커버.
  4. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 단부벽에 법선 방향으로의 적어도 하나의 제1 및 제2 공동의 두께들의 합은 이 방향으로의 커버의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 에너지-저장 유닛용 커버.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버의 측벽 또는 측벽들은 상기 커버의 측벽 또는 측벽들의 전체 원주에 걸쳐 확장되고 공동이 없는 중앙 부분(51)을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지-저장 유닛용 커버.
  6. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버는 일반적인 실린더 형태를 가지며, 상기 커버의 단부벽들(41, 42)은 상기 실린더의 토대(base)들을 형성하는 것을 특징으로 하는 에너지-저장 유닛용 커버.
  7. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버는 전기적으로 전도성인 물질, 특히 금속성 물질로 적어도 부분적으로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지-저장 유닛용 커버.
  8. 에너지-저장 유닛(10)으로서,
    상기 에너지 저장 유닛은 외부 엔벨로프(20)에 하우징된 용량성 요소(30) - 상기 외부 엔벨로프는 상기 용량성 요소를 둘러싸는 적어도 하나의 측벽을 포함하고 자신의 단부들 중 적어도 하나에서 개방되어 있으며 - 및 적어도 하나의 커버(40)를 포함하며, 상기 커버는 상기 엔벨로프에서 상기 엔벨로프의 개방된 단부 또는 개방된 단부들에 삽입되며, 적어도 하나의 커버(40)는 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 따른 것이고 상기 엔벨로프의 측벽 또는 측벽들의 윤곽(contour)은 상기 커버의 측벽 또는 측벽들의 윤곽을 따르는 것을 특징으로 하는 에너지-저장 유닛.
  9. 선행하는 청구항에 있어서,
    상기 엔벨로프(20)는 전기적으로 전도성인 물질, 특히 금속성 물질로 적어도 부분적으로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지-저장 유닛.
  10. 제8항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지-저장 유닛은 상기 커버(40)의 측벽(43)과 상기 엔벨로프의 측벽 사이에 삽입된 조인트(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지-저장 유닛.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 저장 유닛(10)의 제조를 위한 방법에 있어서, 상기 저장 유닛은:
    - 커플링 구역(23A, 23B)을 포함하는 외부 엔벨로프(20) - 상기 외부 엔벨로프는 자신의 단부들 중 적어도 하나에서 개방되어 있고 - 와;
    - 청구항 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 커버(40)를 포함하여 구성되고, 상기 커버는 상기 외부 엔벨로프(20)의 개방된 단부에 삽입되도록 된 것이며, 상기 커버는 상기 커버의 공동(46, 48)의 적어도 하나의 벽(47, 49)을 포함하는 커플링 구역을 가지며, 상기 커버는 상기 커플링 구역들이 서로에게 대향하도록 포지셔닝되고,
    상기 방법은 상기 저장 유닛의 외부 엔벨로프(20)에 압력을 인가하여 형태의 협력에 의해 상기 외부 엔벨로프의 개방된 단부를 상기 커버로 폐쇄하기 위해 상기 커플링 구역들(23A, 23B, 43, 47, 49)의 레벨에서 상기 외부 엔벨로프가 상기 커버와 접촉하게 하는 것으로 이루어진 폐쇄 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 선행하는 청구항에 있어서,
    상기 폐쇄 단계는 상기 외부 엔벨로프(20)에 비접촉 자기-기계력을 인가하는 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
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